硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)应(ying)过(guo)程:在有氧条件下,氨氮被硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)细菌(jun)所氧化(hua)(hua)成(cheng)为(wei)(wei)亚(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)盐(yan)和硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)盐(yan)。他包括(kuo)两个基本反(fan)(fan)(fan)应(ying)步(bu)骤:由(you)亚(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)菌(jun)(Nitrosomonas sp)参与将氨氮转化(hua)(hua)为(wei)(wei)亚(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)盐(yan)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)应(ying);硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)菌(jun)(Nitrobacter sp)参与的(de)(de)(de)将亚(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)盐(yan)转化(hua)(hua)为(wei)(wei)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)盐(yan)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)应(ying),亚(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)菌(jun)和硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)菌(jun)都是化(hua)(hua)能自养(yang)菌(jun),它们利(li)用CO2、CO32-、HCO3-等做(zuo)为(wei)(wei)碳源,通过(guo)NH3、NH4+、或NO2-的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)还原反(fan)(fan)(fan)应(ying)获得能量(liang)。硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)应(ying)过(guo)程需要(yao)在好氧(Aerobic或Oxic)条件下进行,并以氧做(zuo)为(wei)(wei)电子受体(ti),氮元素做(zuo)为(wei)(wei)电子供体(ti)。其相(xiang)应(ying)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)应(ying)式为(wei)(wei):
55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3
400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O
NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3
通过(guo)上述(shu)反(fan)应过(guo)程的物料(liao)衡算可知,在硝化(hua)(hua)反(fan)应过(guo)程中(zhong),将1克(ke)氨氮氧(yang)化(hua)(hua)为(wei)硝酸盐氮需好氧(yang)4.57克(ke)(其中(zhong)亚(ya)硝化(hua)(hua)反(fan)应需耗(hao)氧(yang)3.43克(ke),硝化(hua)(hua)反(fan)应耗(hao)氧(yang)量为(wei)1.14克(ke)),同时约需耗(hao)7.14克(ke)重碳酸盐(以CaCO3计)碱(jian)度。
在(zai)硝(xiao)化反(fan)应(ying)过程(cheng)中,氮(dan)元素的转化经历(li)了以下几个过程(cheng):氨离子NH4-→羟胺NH2OH→硝(xiao)酰基NOH→亚硝(xiao)酸(suan)盐NO2-→硝(xiao)酸(suan)盐NO3-。
反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)应过程:在缺(que)氧条(tiao)件下,利用反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)菌将(jiang)亚硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)盐和硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)盐还原为氮(dan)气而(er)从污(wu)水中逸出,从而(er)达到除氮(dan)的(de)目(mu)的(de)。反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)是将硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)应过程中产(chan)生的(de)(de)硝(xiao)酸(suan)盐(yan)和(he)(he)亚(ya)硝(xiao)酸(suan)盐(yan)还原成氮气的(de)(de)过程,反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)菌(jun)(jun)是一(yi)类化(hua)(hua)(hua)(hua)能异养兼(jian)性缺(que)(que)氧(yang)型微生物。当有(you)分子(zi)(zi)(zi)态氧(yang)存在(zai)时,反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)菌(jun)(jun)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)分解(jie)有(you)机物,利(li)(li)用(yong)分子(zi)(zi)(zi)氧(yang)作为(wei)(wei)(wei)***终电子(zi)(zi)(zi)受体,当无分子(zi)(zi)(zi)态氧(yang)存在(zai)时,反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)细(xi)菌(jun)(jun)利(li)(li)用(yong)硝(xiao)酸(suan)盐(yan)和(he)(he)亚(ya)硝(xiao)酸(suan)盐(yan)中的(de)(de)N3+和(he)(he)N5+做(zuo)为(wei)(wei)(wei)电子(zi)(zi)(zi)受体,有(you)机物则(ze)作为(wei)(wei)(wei)碳源提供(gong)电子(zi)(zi)(zi)供(gong)体提供(gong)能量并得到氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)稳定,由(you)此可知反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)应须在(zai)缺(que)(que)氧(yang)条件下(xia)进行(xing)。从NO3-还原为(wei)(wei)(wei)N2的(de)(de)过程如下(xia):
反硝化过(guo)程中,反硝化菌需要有机碳源(yuan)(如碳水(shui)化合物、醇类、有机酸(suan)类)作为电子供(gong)体,利(li)用(yong)(yong)NO3-中的氮进(jin)行(xing)缺氧呼吸。其反应过(guo)程可以简单(dan)用(yong)(yong)下式(shi)表示(shi):
NO3-+4H(电子供体有机(ji)物(wu))→ 1/2N2+H2O+2OH-NO2-+3H(电子供体有机物)→ 1/2N2+H2O+OH-
综(zong)上所述,硝(xiao)(xiao)化反应每氧化1g氨氮(dan)耗氧4.57g,消耗碱度7.14g,表现为PH值下降,在反硝(xiao)(xiao)化过程中,去(qu)除硝(xiao)(xiao)酸盐氮(dan)的(de)同时(shi)去(qu)除碳源(yuan),这部分碳源(yuan)折合DO2.6g,另外(wai),反硝(xiao)(xiao)化过程中补偿碱度3.57g。 3、硝化(hua)反硝化(hua)的(de)碱度平衡
1、一般来说,在硝化反(fan)应中每硝化lgNH3-N需(xu)要(yao)消耗7.14g碱(jian)度,所以硝化过程中需(xu)要(yao)的(de)碱(jian)度量可按下(xia)式计算:碱度=7.14×QΔCNH3-N×10-3 (1)Q为(wei)进入滤(lv)池的日平均污水量,m3/d;
ΔCNH3-N为进出(chu)滤(lv)池NH3-N浓度的(de)差值,mg/L;
7.14为硝化需碱量(liang)系数,kg碱度/kgNH3-N。
2、对于(yu)含氨氮浓(nong)度(du)较高的工业(ye)废水,通常(chang)需要补充碱度(du)才(cai)能使(shi)硝化反应器内的pH值维持(chi)在(zai)7.2~8.0之间。计算公式如下:碱度(du)=K×7.14×QΔCNH3-N×10-3 (2)式(shi)中,K为安全系(xi)数,一(yi)般为1.2~1.3。3、实际工程中进行碱(jian)度核(he)算应考虑以下几部分:入流污水中(zhong)的碱(jian)度(du),生物硝化消(xiao)耗的碱(jian)度(du),分解(jie)BOD5产生的碱(jian)度(du),以及混合液中(zhong)应保持(chi)的剩(sheng)余(yu)碱(jian)度(du)。要使生物硝化顺利(li)进行(xing),必(bi)须满(man)足下(xia)式: 如果碱度不足,要使硝化顺(shun)利进行,则必须(xu)投加纯碱,补充碱度。投加的碱量可(ke)按下(xia)式计算:ΔALK=(ALKN+ALKE)—(ALKw+ALKc) (4)
ΔALK为系统(tong)应补充(chong)的碱度(du),mg/L;
ALKN 为生(sheng)物(wu)硝化消耗的碱量;ALKN一(yi)般(ban)按硝化每kgNH3-N消(xiao)耗7.14kg碱计算(suan)。
ALKE 为混(hun)合(he)(he)液中(zhong)应(ying)保持的碱(jian)量,ALKE一般按曝气池排出的混(hun)合(he)(he)液中(zhong)剩(sheng)余50mg/L碱(jian)度(以Na2CO3计(ji)(ji))计(ji)(ji)算。
ALKw 为原污水中的(de)总碱量;
ALKc 为(wei)BOD5分解过程中(zhong)产生的碱量;ALKc与系统(tong)的(de)SRT有关(guan)系:
当SRT>20d时,可按降解每千(qian)克(ke)BOD5产碱0.1kg计(ji)算;当SRT=10~20d时(shi),按0.05kgALK/kgBOD5;当SRT<10d时,按0.01gALK/kgBOD5。
Q为进入滤(lv)池的日平均污水量,m3/d;
ΔCNH3-N为进出滤池NH3-N浓(nong)度的(de)差值,mg/L;
7.14为硝化需碱量系数,kg碱度/kgNH3-N。
ΔALK为(wei)系统(tong)应补充(chong)的碱(jian)度,mg/L;
ALKN 为生物硝(xiao)化消耗的碱量;ALKN一般按硝化每kgNH3-N消耗7.14kg碱(jian)计算。
ALKE 为混(hun)合液中(zhong)应保持(chi)的碱量,ALKE一般按(an)曝气(qi)池排出的混(hun)合液中(zhong)剩余50mg/L碱度(以Na2CO3计)计算(suan)。
ALKw 为(wei)原污水中的(de)总(zong)碱量;
ALKc 为(wei)BOD5分解(jie)过程(cheng)中产生的碱(jian)量;ALKc与系统的SRT有(you)关系: